DE2834840A1

DE2834840A1 - Synchronising cone for vehicle gearbox - has surface formed of small cavities for higher wear resistance

Info

Publication number: DE2834840A1
Application number: DE19782834840
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Mittelbach
Original assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1978-08-09
Filing date: 1978-08-09
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE2834840B2

Abstract

The conical friction surface of a synchronising cone contains axial oil grooves. The remainder of the conical surface has cavities (4) formed by spark-erosion. This type of surface gives friction coefficients which are as good as known synchronising cones, but has a higher wear resistance, while manufacture is more economical. The friction surface has a surface finish at 25-50 mu m.

Description

Synchronring Synchronizer ring

Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchronring aus einer Kupferlegierung, insbesondere für Kraftfahrzeugwechselgetriebe, mit einer Konusfläche, die mit einer Gegenkonsufläche an einem Schaltzahnrad ala Reinbkupplung zusammenwirkt.The invention relates to a synchronizer ring made of a copper alloy, in particular for motor vehicle change transmissions, with a conical surface, which is with a Counterconsumption surface on a gearwheel ala Reinbkupplung cooperates.

Beim synchronisierten Schaltvorgang werden die angewählten Zahnräder durch Reibkontakt mit sogenannten Synchron-oder Gleichlaufringen zunächst auf die Drehzahl der Antriebswelle beschleunigt oder verzögert, bevor sie über eine axial verschiebliche Schaltmuffe und Kupplungsverzahnungen mit der Welle drehfest verbunden werden.In the synchronized switching process, the selected gears are by frictional contact with so-called synchronous or synchronous rings initially on the Speed of the drive shaft accelerated or decelerated before going through an axial Slidable shift sleeve and coupling teeth connected to the shaft in a rotationally fixed manner will.

Der Reibkontakt wird im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß Konusflächen am Zahnrad und Synchronring durch geringfügige Axialverschiebung des letzteren miteinander in Berührung gebracht werden. Für die Ausgestaltung der Konusflächen bestehen gegensätzliche Forderungen. Einerseits soll durch möglichst große Reibwerte eine rasche Drehzahlangleichung und damit ein zügiges Durchschalten ermöglicht werden. Andererseits wird eine hohe Lebensdauer, d.h. ein möglichst geringer Verschleiß an den Konusflächen angestrebt. Beiden Forderungen zu genügen wird um so schwieriger, je größer der auszugleichende Drehzahlunterschied und je größer die leistungsabhängige, zu kuppelnde, rotierende Masse ist. Ferner ist zu berücksichtigen, daß die Konusflächen aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen müssen, um ein Festfressen zu vermeiden.The frictional contact is generally made in such a way that Conical surfaces on the gear and synchronizer ring due to slight axial displacement of the latter are brought into contact with one another. For the design of the Conical surfaces have conflicting requirements. On the one hand, through as much as possible high coefficients of friction, rapid speed adjustment and thus quick switching be made possible. On the other hand, it has a long service life, i.e. as short as possible Aimed for wear on the conical surfaces. Satisfying both requirements is about the more difficult the greater the speed difference to be compensated and the greater is the power-dependent rotating mass to be coupled. It must also be taken into account that the conical surfaces must be made of different materials in order to seize to avoid.

Vielfach bestehen die Synchronringe aus Kupferlegierungen, beispielsweise aus CuZn40A12, CuZn35A16Mn4Fe oder CuAllOFe, während die Zahnräder üblicherweise aus vergütetem Stahl bestehen. Bei einer bekannten Ausführungsform besitzt das Zahnrad einen glattflächigen Außenkonus, während der Innenkonus des Synchronrings mit einem feinen Gewinde versehen ist. Diese "Aufrauhung" der Konusfläche des Synchronringes hat den Sinn, den Öffilm auf dem Zahnradkonus zu durchstoßen und rasch einen Reibkontakt herzustellen. Außerdem sind in der Konusfläche des Synchronringes Axialnuten eingearbeitet, um die Ölabfuhr zu erleichtern. Zwischen zwei glattflächigen Konusflächen würde ein Reibkontakt überhaupt nicht oder nur mit sehr großer Schaltkraft hergestellt werden können, weil das Öl nicht verdrängt werden könnte und einen hydrodynamischen Schmierfilm mit entsprechendem Druckaufbau ergeben würde.The synchronizer rings are often made of copper alloys, for example made of CuZn40A12, CuZn35A16Mn4Fe or CuAllOFe, while the gears are usually consist of tempered steel. In a known embodiment, the gear has a smooth outer cone, while the inner cone of the synchronizer ring with a fine thread is provided. This "roughening" of the conical surface of the synchronizer ring has the purpose of piercing the opening film on the gear cone and quickly making a frictional contact to manufacture. In addition, axial grooves are incorporated into the conical surface of the synchronizer ring, to facilitate oil drainage. Between two smooth conical surfaces would a frictional contact is not made at all or only with a very high switching force can be because the oil could not be displaced and a hydrodynamic Lubricating film with a corresponding pressure build-up would result.

Diese bekannte Ausführungsform hat jedoch den Nachteil, daß nur ein verhältnismäßig kleiner Flächenanteil des Synchronrings für den Reibkontakt ausgenutzt werden kann und daß am Synchronning ein unzulässig hoher Verschleiß auftritt.However, this known embodiment has the disadvantage that only one relatively small area of the Synchronizer ring for the Frictional contact can be exploited and that an impermissibly high on Synchronning Wear occurs.

an ist daher schon dazu übergegangen, eine Konusfläche durch Aufspritzen von Molybdän mit einer verschleißfesten Schicht zu versehen und die Gegenkonusfläche zusätzlich zu härten. Um Schwierigkeiten beim Härten zu vermeiden, ist auch schon vorgeschlagen worden, auf den Gegenkonus eine Auflage aus manganlegiertem Kohlenstoffstahl aufzuspritzen (DE-OS 25 38 882). Auf diesem Wege konnten zwar die Reibungs- und Verschleißwerte verbessert werden, er ist aber vergleichsweise aufwendig und verteuert die in großen Stückzahlen benötigten Bauteile ganz erheblich.an has therefore already gone over to a conical surface by spraying on of molybdenum to be provided with a wear-resistant layer and the counter-cone surface in addition to hardening. In order to avoid difficulties in hardening, is also nice been proposed on the mating cone a support made of manganese alloy carbon steel to spray (DE-OS 25 38 882). In this way, the friction and Wear values can be improved, but it is comparatively complex and expensive the components required in large numbers quite considerably.

Nach einem anderen Vorschlag (DE-OS 24 21 963) soll auf der konischen Gegenreibfläche des zu kuppelnden Zahnrades ein aus mehreren Windungen bestehender konisch gewickelter, federnder Servoring angeordnet werden, dessen beide Windungsenden sich in einer axialen Nut des Zahnrades gegen radiales Verdrehen abstützen. Dieser Servoring dient insbesondere zur Verbesserung der Rib'gsverh-'1tnisse und damit zur Beschleunigung des Synchronisationsvorgangs. Eine Verbesserung der Lebensdauer des Bauteils aus weicherem Werkstoff wird dadurch kaum erreicht. Hinzu kommt die Gefahr, daß der aus Federstahl bestehende Servoring bricht, so daß die Synchronisationseinrichtung unbrauchbar ist.According to another proposal (DE-OS 24 21 963) on the conical Counter friction surface of the gear to be coupled is one consisting of several turns conically wound, resilient servo ring are arranged, both ends of the winding support themselves against radial rotation in an axial groove of the gear. This Servoring is used in particular to improve the ratio and thus to speed up the synchronization process. An improvement in service life of the component made of softer material is hardly reached. Then there is the Danger that the servo ring made of spring steel breaks, so that the synchronization device is useless.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Synchronring vorzuschlagen, dessen Reibwert nicht schlechter ist als bei Synchronringen mit feinem Gewinde in der Konusfläche oder mit einer aufgespritzten Molybdänschicht, essen Verschleißwert aber wesentlich besser ist als bei der erstgenannten Ausführungsform, d.h. vergleichbar mit den Verscheißwerten bei Synchronring mit Molybdänbeschichtung. Ferner ist zu fordern, daß die Reib- und Verschleißwerte wesentlich wirtschaftlicher herzustellen sind als bei dem bekannten Metallaufspritzverfahren.The invention is based on the object of proposing a synchronizer ring, whose coefficient of friction is no worse than that of synchronizer rings with a fine thread in the conical surface or with a sprayed-on molybdenum layer, eat But the wear value is much better than in the first-mentioned embodiment, i.e. comparable to the wear values for synchronizer rings with molybdenum coating. A further requirement is that the friction and wear values are much more economical are to be produced than in the known metal spray-on process.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß die Konusfläche des Synchronrings in an sich bekannter Weise mit axial ausgerichteten Ölabfuhrunten versehen ist und daß in den verbleibenden Konusflächenaschnitten durch Funkenerosion punktförmige Vertiefungen eingearbeitet sind. Die Konusflächenabschnitte weisen zweckmäßigerweise eine Rauhigkeit RZ von 25 bis 50 µn auf.Surprisingly, it has been shown that this object is achieved can be that the conical surface of the synchronizer ring in a known manner with axially aligned oil discharge is provided below and that in the remaining conical surface cuts punctiform depressions are incorporated by spark erosion. The conical surface sections expediently have a roughness RZ of 25 to 50 µn.

- er folgenden Tabelle sind die Reib- und Verschleißwerte verschieden behandelter Konusflächenabschnitte von Synchronringen zusammengestellt: Art der Oberflächenbehandlung #S t f1 f2 1) mit Gewinde 154 8.10³ 0,113 0,1 2) mit Molybdänbeschichtung 130 105 0,115 0,115 3) funkenerodiert I¹) 220 105 0,115 0,097 4) funkenerodiert II¹) 290 105 0,098 0,08 # S in um = verschleißbedingte Axialverschiebung des Synchronrings auf dem Zahnradkonus bei Versuchsende gegenüber Neuzustand = = Anzahl der Schaltung bei Versuchsende @ = Reibwert nach 1.000 Schaltungen @2 = Reibwert bei Versuchsende 1) I = Erodierstufe 12/20 (+/-), d.h. 42A/20ms, Elektrode positiv II = Erodierstufe 18/20 (-/+), d.h. 63A/20ms, Elektrode negativ 3ein Vergleich der Tabellenwerte ist zu beachten, daß der herkömmliche, mit Gewinde versehene Synchronring unter den gewählten Versuchsbedingungen nur 8.000 Schaltvorgänge gehalten hat. Danach waren die Gewindespitzen soweit verschlissen, daß keine ausreichende Reibwirkung mehr vorhanden war, um das Zahnrad auf die Drehzahl ces Synchronrings zu bringen. Die Werte # S S und f2 des Synchronrings mit Gewinde können daher nicht zum Vergleich herangezogen werden. Sie sind auch nicht auf 105 Schaltungen umzurechnen, da # S und f2 sich nicht linear mit der Anzahl der Schaltungen ändern.- In the following table the friction and wear values are different treated conical surface sections of synchronizer rings compiled: type of Surface treatment #S t f1 f2 1) with thread 154 8.10³ 0.113 0.1 2) with molybdenum coating 130 105 0.115 0.115 3) spark eroded I¹) 220 105 0.115 0.097 4) spark eroded II¹) 290 105 0.098 0.08 # S in µm = axial displacement of the synchronizer ring due to wear on the gear cone at the end of the test compared to new condition = = number of switching operations at the end of the test @ = coefficient of friction after 1,000 switchings @ 2 = coefficient of friction at the end of the test 1) I = eroding stage 12/20 (+/-), i.e. 42A / 20ms, electrode positive II = eroding stage 18/20 (- / +), i.e. 63A / 20ms, electrode negative 3 a comparison of the Table values should be noted that the conventional, threaded synchronizer ring only held 8,000 switching operations under the selected test conditions. Thereafter the thread tips were worn to such an extent that there was no sufficient friction effect there was more to bring the gear to the speed of the synchronizer ring. The values # S S and f2 of the synchronizer ring with thread can therefore not be compared can be used. They are also not to be converted to 105 switching operations, since # S and f2 do not change linearly with the number of switching operations.

Demgegenüber war bei den drei anderen Synchronringen auch nach 105 Schaltungen das Reibverhalten noch einwandfrei, woraus folgt, daß die verschleißbedingte Axialverschiebung 5 nicht allein maßgebend ist. Bei dem Synchronring mit Molybdänbeschichtung ist a S am kleinsten. Ferner wurde hier keine Änderung des Reibwertes festgestellt. Die erte # S der erfindungsgemäß Synchronringe sind wie auch die Reibwertänderung (f1 zu f2) größer als bei Synchronringen mit Molybdänbeschichtung. Sie sind aber geringer als bei Synchronringen mit Gewinde, wenngleich hier kein direkter Zahlenvergleich vorgenommen werden kann.In contrast, the three other synchronizer rings were also after 105 Shifts the friction behavior is still flawless, from which it follows that the wear-related Axial displacement 5 is not the only decisive factor. With the synchronizer ring with molybdenum coating a S is the smallest. Furthermore, no change in the coefficient of friction was found here. The values # S of the synchronizer rings according to the invention are like the change in the coefficient of friction (f1 to f2) larger than with synchronizer rings with molybdenum coating. But you are lower than with synchronizer rings with thread, although there is no direct numerical comparison here can be made.

Ein Vergleich der beiden unterschiedlich erodierten Synchronringe zeigt, daß hinsichtlich aller drei Meßwerte noch eine Optimierung möglich ist. Dabei sind allerdings noch andere Einflußgrößen zu beachten, wie beispielsweise Werkstoff des Synchronrings und Härte des Zahnradkonus. Ferner sind die im konkreten Anwendungsfall auftretenden Schaltkräfte, die Größe der aus zu gleichenden Drehzahlunterschiede, die Größe der zu synchronisierenden Massen sowie die geometrischen Verhältnisse der zusammenwirkenden Konusflächen zu berücksichtigen. Die jeweiligen Optimalwerte für Verschleiß und Reibwert lassen sich durch Versuche ohne weiteres ermitteln.A comparison of the two differently eroded synchronizer rings shows that optimization is still possible with regard to all three measured values. Included However, other influencing factors must also be taken into account, such as material of the synchronizer ring and hardness of the gear cone. Furthermore, they are in the specific application occurring switching forces, the size of the speed differences to be compensated, the size of the masses to be synchronized and the geometrical ones Conditions of the interacting conical surfaces must be taken into account. The respective optimal values for wear and the coefficient of friction can easily be determined through experiments.

Die beigefügte rasterelektronenmikroskop-Aufnahme zeigt die Struktur der Synchronring-Konusfläche nach einer Oberflächenbehandlung durch Funkenerosion in 60-facher Vergrößerung. Dabei wird eine mit kraterförmigen Vertiefungen versehene Konusfläche geschaffen, die hinsichtlich Reib- und Verschleißverhalten zwar nicht ganz mit molybdänbeschichteten Flächen verglichen werden kann, die dafür aber wesentlich wirtschaftlicher gefertigt werden kann. Nach internen Rechnungen liegen die Kosten bei 40 bis 47 % derjenigen der Molybdänbeschichtung.The attached scanning electron microscope photo shows the structure the synchronizer ring cone surface after a surface treatment by spark erosion in 60x magnification. One is provided with crater-shaped depressions Conical surface created, although not in terms of friction and wear behavior can be compared with molybdenum-coated surfaces, but they are essential can be manufactured more economically. According to internal calculations, the costs are at 40 to 47% of that of the molybdenum coating.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Synchronizer ring made of a copper alloy, in particular for motor vehicle change-speed transmissions with a conical surface, which it has a counter-conical surface cooperates on a shift gear as a friction clutch, characterized in that the conical surface (2) of the synchronizer ring (1) in a manner known per se with axially aligned Oil discharge grooves (5) is provided and that in the remaining conical surface sections (3) punctiform depressions (4) are incorporated by spark erosion.

that the conical surface sections have a roughness of 25 to 50 µm.